micro led技术原理及简介(microled功能特性和优势及发展前景)

micro led简介 microled是新一代显示技术,比现有的oled技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。2017年5月,苹果已经开始新一代显示技术的开发。2018年2月,三星在ces2018上推出了microled电视。
micro led功能特性 microled比现有的oled技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。microled出色的特性将使得它可以在电视、iphone、ipad上应用。
micro led历史 说起micro led,先得从显示tft-lcd背光模组应用说起。在1990年代tft-lcd开始蓬勃发展时,因led具有高色彩饱和度、省电、轻薄等特点,部分厂商就利用led做背光源。然而因成本过高、散热不佳、光电效率低等因素,并未大量应用于tft-lcd产品中。
直到2000年,蓝光led芯片刺激荧光粉制成白光led技术的制程、效能、成本开始逐渐成熟;当进入2008年,白光led背光模组呈现爆发性的成长,几年间几乎全面取代了ccfl,其应用领域由手机、平板电脑、笔电、台式显示器乃至电视等等。
然而,因tft-lcd非自发光的显示原理所致,其open cell穿透率约在7%以下,造成tft-lcd的光电效率低落;且白光led所能提供的色饱和度仍不如三原色led,大部分tft-lcd产品约仅72%ntsc;再则,于室外环境下,tft-lcd亮度无法提升至1000nits以上,致使影像和色彩辨识度低,为其一大应用缺陷。故另一种直接利用三原色led做为自发光显示点画素的led display或micro led display的技术也正在发展中。
micro led技术原理 microleddisplay的显示原理,是将led结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化,其尺寸仅在1~10μm等级左右;后将microled批量式转移至电路基板上,其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上;再利用物理沉积制程完成保护层与上电极,即可进行上基板的封装,完成一结构简单的microled显示。
而要制成显示器,其晶片表面必须制作成如同led显示器般之阵列结构,且每一个点画素必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体电路驱动则为主动定址驱动架构,microled阵列晶片与cmos间可透过封装技术。
黏贴完成后microled能藉由整合微透镜阵列,提高亮度及对比度。microled阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗microled的正、负极,透过电极线的依序通电,透过扫描方式点亮microled以显示影像。
microled典型结构是一pn接面二极管,由直接能隙半导体材料构成。当对microled上下电极施加一正向偏压,致使电流通过时,电子、空穴对于主动区复合,发射出单一色光。microled光谱主波长的fwhm约20nm,可提供极高的色饱和度,通常可》120%ntsc。
而且自2008年以后,led光电转换效率得到了大幅提高,100lm/w以上已成量产标准。因此对于microled显示的应用,因其自发光的显示特性,搭配几乎无光耗元件的简易结构,就可轻易实现低能耗或高亮度的显示器设计。
这样可解决目前显示器应用的两大问题,一是穿戴型装置、手机、平板等设备的80%以上的能耗在于显示器上,低能耗的显示器技术可提供更长的电池续航力;二是环境光较强致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题,高亮度的显示技术可使其应用的范畴更加宽广。
micro led优势 高亮度、低功耗、超高解析度与色彩饱和度。microled最大的优势都来自于它最大的特点,微米等级的间距,每一点画素(pixel)都能定址控制及单点驱动发光。比起其他led,发光效率上,目前microled最高,且还在大幅提升空间;发光能量密度上,microled最高,且还有提升空间。——前者,有利于显示设备的节能,其功率消耗量约为lcd的10%、oled的50%;后者则可以节约显示设备有限的表面积,并部署更多的传感器,目前的理论结果是,microled和oledd比较,达到同等显示器亮度,只需要后者10%左右的涂覆面积。与同样是自发光显示的oled相较之下,亮度比其高30倍,且分辨率可达1500ppi(像素密度),相当于applewatch采用oled面板达到300ppi的5倍之多。
寿命长。由于micro-led使用无机材料,且结构简易,几乎无光耗,它的使用寿命非常长。这一点是oled无法相比的,oled作为有机材料、有机物质,有其固有缺陷——即寿命和稳定性,难以媲美无机材料的qled和microled。
能够适应各种尺寸。
成本降低空间大。目前微投影技术以数位光线处理(digitallightprocessing,dlp)、反射式硅基板液晶显示(liquidcrystalonsilicon,lcos)、微机电系统扫描(memsscanning)叁种技术为主,但这叁种技术都须使用外加光源,使得模组体积不易进一步缩小,成本也较高。相较之下,採用自发光的microled微显示器,不须外加光源,光学系统较简单,因此在模组体积的微型化及成本降低上具优势
应用范畴广。microled解决了几大问题,一个是消费型平板包括智能手机、可穿戴设备80%的能耗都在显示器上,低能耗的microled显示器将大大延长电池续航能力,对于microled显示的应用,因其自发光的显示特性,搭配几乎无光耗元件的简易结构,就可轻易实现低能耗或高亮度的显示器设计。二是环境光较强致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题,microled高亮度的显示技术可以轻松解决这个问题,使其应用的范畴更加宽广。
micro led产业链如何 对于一个microled显示产品,他的基本构成是tft基板、超微led晶粒、驱动ic三大块。这三者有一个共同的特点,即大量继承于已有的液晶和led产业。因此,***工研院认为,他们具有整条产业链的优势。
但是,具有同样产业基础的地区还包括韩国、我国大陆、日本。其中日本在上游材料和设备上的领先性和完善度,要远超过我国***地区。不过,日本同仁对microled的兴趣可没有台系产业那么高涨。
为什么其它具有相当或者更好产业基础的地区,在microled的热情上低于台系呢?答案分成两个层次:第一是,大陆、韩国和日本显示企业,现在最忙的事情是oled。第二,microled有一个其他电子行业几乎不会用到的高难度工艺——巨量微转移(也叫巨量转移)。***microled产业最大的动作之一,即是2016年12月以***工研院为牵头单位,成立“巨量微转移”产业联盟。
“巨量转移”是一个什么技术呢?简单说就是在指甲盖大小的tft电路基板上,按照光学和电气学的必要规范,均匀焊接三五百,甚至更多个红绿蓝三原色led微小晶粒,且允许的工艺失败率是有几十万分之一。——只有达到这样工艺的产品,才能真正应用到applewatch3等产品上。
对于microled的工艺问题,很多人认为,可以从传统led屏中摄取经验。但是,microled与传统led显示产品差别巨大。与传统led显示屏比较,microled的差别主要在于:1.精密程度数十倍的提升;2.集成工艺从直插、表贴、cob封装等变成了“巨量微转移”;3.缺陷可修复性几乎为零;4.背板从印刷电路板,变成了液晶和oled显示所使用的tft基板,或者cpu与内存所采用的单晶硅基板。
即与传统led显示屏比较,microled在晶粒、封装、集成工艺、背板、驱动等每一个方面都不一样——所以,可以看到microled产品的火热没有得到任何一个传统led大屏厂商的表态。
事实上,除了晶粒、tft背板、ic这些“元组建”,继承于led晶粒(如三安)、半导体显示(如京东方)、ic设计企业(如聚积、奇景)等之外,microled正真的核心则是“如何将这些元件集成”,即“巨量转移”技术。后者是整个行业的命门。如果有企业要牵头microled产品,最需要的即是从这里入手。
对此,目前比较确切的消息是:今年2月份mikromesa与重庆惠科携手打造了两岸首座microled面板实验室的合作。该实验室计划在今年底完工,2018年制造出全彩色microled样品。mikromesa目前在led微晶粒上具有领先的研发技术,传闻能做到3um。惠科则建设有a-silcd生产线,具有tft背板等方面的技术资源。二者合作的目的是,利用近可能现成的资源突破“巨量转移”技术。
不过,即便是这种比较深入的项目其对microled的产业时间表预期亦不能乐观:2018年实现全彩样品,距离真实商业应用还有多远依然不好说。以oled为例,实现全彩,到目前手机行业的大规模认可,中间走了二十余年。且,惠科、mikromesa都是显示圈新手,二者关注microled颇有企图“四两拨千斤”弯道超车之意。
综上所述,从元件角度看,microled在tft、ic、led晶粒上都不具有难度;但是从工艺和产业进程看,巨量转移横亘在microled愿景与现实之间,短期难以彻底跨越。
micro led应用前景广泛 目前如果考虑现有技术能力,micro-led有两大应用方向,一是可穿戴市场,以苹果为代表,据传苹果将在新一代的苹果手表和iphone上使用micro-led技术,并且有望在2018年推出micro led穿戴设备。;二是超大尺寸电视市场,以sony为代表,今年,索尼在ces上展示的micro-led cledis已在分辨率、亮度、对比度都具有优良的性能。
从短期来看micro-led市场集中在超小型显示器,从中长期来看,micro-led的应用领域非常广泛,横跨穿戴式设备、超大室内显示屏幕外,头戴式显示器(hud)、抬头显示器(hud)、车尾灯、无线光通讯 li-fi、ar/vr、投影机等多个领域。

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